基于Matlab的GPS周跳探測與修復系統

（遼寧省海域和海島使用動態監視監測中心 遼寧沈陽110000）

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針對實現GPS精密定位必須要完全探測與修復周跳的要求，彌補商用隨機軟件采用屏幕掃描法周跳探測效果不佳的不足，系統研究了周跳探測算法，開發了基于Matlab平臺的GNSS周跳探測與修復系統，實測數據驗證表明系統處理效果較好。

GPS精密定位周跳探測與修復

1 數據準備

系統的數據準備分為兩部分進行：一是，TEQC軟件對觀測值數據的初步處理，包括接收機二進制文件的轉換、GLONASS觀測值的剔除、觀測值類型的定制與順序轉換；二是，通過自編程序實現各衛星觀測值的分離。

1.1 TEQC軟件應用

數據編輯模塊主要功能有以下幾個方面：（1）Rinex文件字頭塊部分編輯；（2）Rinex文件的分割；（3）Rinex文件的合并；（4）衛星系統的選擇及特定衛星的禁用。本文系統主要應用定制觀測類型與衛星系統的選擇及特定衛星的禁用功能。

部分接收機可以同時記錄GPS和GLONASS的數據，而在數據處理過程中通常只需要GPS觀測數據，那么需要將GLONASS觀測數據剔除，在Matlab下調用TEQC命令執行該操作：

!teqc-Rsource.**o>GPS.**o

注意Matlab下調用如TEQC軟件的可執行文件需在命令前加“!”。其中 source.**o表示初始觀測值文件，GPS.**o表示剔除GLONASS觀測數據后觀測值文件。

TEQC雖然有強大的數據編輯功能，但不能實現各衛星觀測值的分離，在周跳探測系統中需要單獨對每顆衛星的觀測值進行處理，因此還需要自編程序讀取觀測值文件。讀取觀測值文件過程中可以判斷頭文件中觀測值順序，然后讀取，本系統借助TEQC軟件的定制觀測值類型與順序的功能將觀測值順序更改為同一順序：

!teqc-O.obsca+L1+p2+L2GPS.**o>GPS1.**o

1.2 時間標示轉換

GPS時是GPS系統內部所采用的時間系統，其時間零點定義為處于1980年1月5日夜與1980年1月6日晨之間的子夜。GPS時在標示時間時所采用的最大時間單位為周，其標示時間的方法是從1980年1月6日0時開始起算的周數（WN-WeekNumber）加上從每周周六/周日子夜開始起算的秒數（TOW-TimeofWeek），在GPS導航電文中的時間信息就是采用這種時間標示法。

2 系統設計與實驗

整個系統分為系統主界面以及單頻、雙頻、三頻觀測值探測與修復周跳系統，對于不同采樣率的觀測值數據需要選擇合適的方法，若觀測值為30s采樣間隔，選擇多項式擬合法或高次差法探測周跳，系統就會提示探測結果會不準確，因此需選擇合適的方法進行周跳探測。

本節以2015年3月某控制網A04點位觀測值文件A04_0861. 10o為實例，觀測值類型包含 C1、L1、L2、P2、D1、D2，以雙頻GF-DCPC周跳自動探測與修復系統為例說明系統基本框架（圖中標注了具體的按鈕功能）。

系統主要由觀測文件讀取、觀測文件調整、衛星選擇、觀測值存儲、周跳探測與修復、檢測量繪制等模塊組成。在數據處理過程中，雙頻觀測值的粗差探測采用Blewitt方法中的粗差探測方法，在觀測值出現粗差與間斷處將數據劃分弧段，刪除小于一定觀測值數的弧段，其它弧段作為有效弧段，分別在各弧段觀測值進行周跳探測與修復。

圖2中顯示在該觀測值中包含9顆衛星的觀測值，觀測歷元數729個，采樣間隔為10s，系統可以一鍵探測所有衛星觀測值中的周跳，亦可探測選中衛星觀測值的周跳，并將修復后的觀測值保存到文件。圖3中選取PRN5衛星觀測值進行周跳探測實驗，結果顯示觀測中包含一個粗差和一個觀測值不連續歷元，在粗差與不連續歷元處將觀測值分段，可得到3個數據弧段，由于第一弧段包含12個歷元的觀測值，小于設定閾值20歷元，系統自動將該弧段刪除，剩余有效弧段個數為2，“周跳列表”中顯示，兩個弧段均無周跳發生。圖4繪制了第2弧段的周跳檢測量，從第4幅圖GF-DCPC檢測量可以看出，值均在零值附近波動，說明探測結果準確。

3 結束語

本文基于Matlab實現了一套周跳探測與修復系統，調用TEQC軟件部分功能，從數據準備、算法設計、系統框架、實例分析等多個方面對系統進行了介紹，實現了GPS載波相位中周跳的直觀地、自主地探測與修復。

基于Matlab的GPS周跳探測與修復系統

■馮磊

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-141-2